JPH10144326A - 熱電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導火材６の燃焼熱の熱衝撃を熱遮蔽体７によ
って適度に緩和することにより、発熱体３は確実に着火
させるが、素電池２の負極活物質２ｃの溶融を防止して
短絡事故が発生することのない熱電池を提供する。 【解決手段】 素電池２と発熱体３とを多数積層した発
電ユニット１の側面に、ガラス繊維のシートからなる熱
遮蔽体７を介して導火材６を配置しガラスクロステープ
５で固定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱溶融により導
電性となる無機塩を電解質に用いた熱電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱電池は、貯蔵中の常温では導電性のな
い固体であり、使用時に加熱して高温にすると溶融して
導電性となる無機塩を電解質として用いた一次電池であ
り、長期の保存が可能で短時間に大電流を取り出すこと
ができるという特徴を有し、非常時等の電源として使用
される。

【０００３】上記熱電池における発電ユニットの従来の
構成例を図６に示す。この発電ユニット１は、円盤状の
素電池２と発熱体３を複数個ずつ交互に積層した両端に
断熱材４を配置したものである。各素電池２は、電解質
を正負極で挟んだ構造を有する電池セルであり、各発熱
体３は、これらの素電池２を加熱して活性化させるため
に、熱電池の使用時に燃焼して発熱するものである。ま
た、発電ユニット１には、これらの発熱体３に着火して
燃焼させるために、側面に導火材６を配置している。即
ち、この発電ユニット１には、両端側にそれぞれ導火材
６を固着した２本の帯状のガラスクロステープ５が十文
字状に交差して掛け渡され、これにより、４本の導火材
６が素電池２と発熱体３の積層部の側面に配置されるこ
とになる。なお、この発電ユニット１は、中央部に図示
のような導火孔１ａを形成し、この導火孔１ａ内にも図
示しない導火材を挿入することにより、発熱体３の外周
側からだけでなく内側からも着火して、活性化時に高速
に電圧を発生させるようにする場合がある。

【０００４】上記発電ユニット１は、図示しない断熱材
に覆われて電池容器内に収納される。また、この発電ユ
ニット１の各素電池２は、相互に直列又は並列に接続さ
れると共に、電池容器に設けられた正極端子と負極端子
に接続される。そして、熱電池の使用時には、例えば電
池容器に設けられた点火端子から電流を流すことにより
点火玉等の点火装置を発火させ、この発火燃焼を導火材
６によって各発熱体３に伝播させて着火させることによ
り各素電池２を活性化させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
熱電池は、導火材６の発火時に素電池２の側面が燃焼熱
の熱衝撃を直接受けて電極の一部が溶融する場合がある
ので、この素電池２の活性化時に強い振動等を受ける
と、電極の溶融金属が流出して短絡事故を起こすおそれ
があるという問題を有していた。

【０００６】また、発電ユニット１の導火孔１ａ内に導
火材を挿入した場合にも、この導火材の発火時に素電池
２の電極が導火孔１ａ側で一部溶融して短絡事故を起こ
すおそれが生じる。ただし、この場合には、導火材をガ
ラス繊維のチューブで包んで導火孔１ａに挿入したり、
この導火材にセラミックファイバー等によるハトメを嵌
めることにより、素電池２に加わる燃焼熱の熱衝撃を緩
和することができる。しかし、発電ユニット１の側面に
は導火材６が直接配置されるので、素電池２の電極がこ
の導火材６の燃焼熱の熱衝撃を受けて溶融するのを防止
することはできなかった。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、発電ユニットの側面に熱遮蔽体を介して導火
材を配置することにより、この導火材の燃焼熱の熱衝撃
を緩和して短絡事故を防止することができる熱電池を提
供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、上記課
題を解決するために、素電池と発熱体とを積層した発
電ユニットを備えた熱電池において、発電ユニットの側
面に、耐熱性を有し燃焼熱を部分的に遮蔽する熱遮蔽体
を介在させて、導火材を配置したことを特徴とする。

【０００９】の手段によれば、発電ユニットの側面に
配置された導火材が発火した場合の燃焼熱の熱衝撃を熱
遮蔽体が部分的に遮蔽して緩和することができる。従っ
て、発熱体は、この導火材の燃焼熱により着火するが、
素電池の電極は、熱衝撃を適度に緩和されるので溶融す
るまでには至らず、活性化時に強い振動等を受けても、
短絡事故を起こすようなことがなくなる。

【００１０】また、前記の素電池の負極活物質が、
リチウム・シリコン合金を主成分とするものであること
を特徴とする。

【００１１】の手段によれば、熱遮蔽体によって短絡
事故の発生を確実に防止することができるので、熱衝撃
により溶融し易いリチウム・シリコン合金を用いること
が可能となり、熱電池の高性能化を図ることができる。

【００１２】さらに、前記の熱遮蔽体が、ガラス
繊維のシートであることを特徴とする。

【００１３】の手段によれば、導火材が発火した場合
の燃焼熱の熱衝撃を耐熱性のガラス繊維によって遮蔽す
ると共に、この繊維の隙間から一部だけ通すので、この
熱衝撃を適度に緩和することができるようになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１５】図１〜図５は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１は熱電池の発電ユニットの構造を示す
半断面斜視図、図２は素電池の構造を示す縦断面斜視
図、図３はガラスクロステープに導火材と熱遮蔽体を固
着する様子を示す斜視図、図４は導火材と熱遮蔽体を固
着したガラスクロステープの発電ユニットへの固定状態
を示す斜視図、図５は２本のガラスクロステープを固定
した発電ユニットの斜視図である。なお、図６に示した
従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付
記する。

【００１６】本実施形態の熱電池における発電ユニット
１は、図１に示すように、円盤状の素電池２と発熱体３
を複数個ずつ交互に積層した両端に円盤状の断熱材４を
配置したものである。各素電池２は、図２に示すよう
に、電解質２ａと正極活物質２ｂと負極活物質２ｃとを
三層一体成形した電池セルである。電解質２ａは、常温
では導電性のない固体であり加熱高温時に溶融して導電
性となる無機塩を主成分とする。また、正極活物質２ｂ
は、二硫化鉄等を主成分とする。負極活物質２ｃは、リ
チウム合金等を主成分とすることができるが、本実施形
態では、特に熱電池の性能を高め小型軽量化を図るため
に、リチウム濃度の高いリチウム・シリコン合金を主成
分とするものを用いる。ただし、このリチウム・シリコ
ン合金は、熱衝撃を直接受けると溶融し易いために、従
来の熱電池では短絡事故の発生のおそれが大きかった。
なお、本発明では、熱電池の各素電池２の構成は任意で
あり、本実施形態の構造には限定されない。

【００１７】図１に示す発電ユニット１に積層された各
素電池２は、相互に直列又は並列に接続されると共に、
図示しない正極端子と負極端子に接続される。また、各
発熱体３は、熱電池の使用時に燃焼して素電池２を加熱
し活性化させるものであり、Ｚｒ／ＢａＣｒＯ₄ 系の発
熱剤を無機繊維と共に漉いたシート状発熱剤やＦｅ／Ｋ
ＣｌＯ₄ 系の発熱剤を加圧成形したペレット状発熱剤等
を用いることができる。さらに、断熱材４は、アスベス
トやマイカ等からなる。ただし、発電ユニット１は、図
示しない断熱材に覆われて電池容器内に収納されるの
で、この断熱材４は必ずしも設ける必要はない。なお、
本実施形態では、各素電池２と発熱体３と断熱材４の円
盤状の中央部に貫通孔を開口して、発電ユニット１の中
央部に導火孔１ａを形成するようにしている。

【００１８】上記発電ユニット１には、２本の帯状のガ
ラスクロステープ５が十文字状に交差して掛け渡されて
いる。ガラスクロステープ５には、図３に示すように、
両端側の粘着面にそれぞれ帯状の導火材６が固着される
と共に、これらの導火材６の両端を除くほとんどの部分
を覆うように熱遮蔽体７が固着されている。導火材６
は、点火玉等の点火装置が発火した場合に、この発火燃
焼を伝播させて上記発熱体３に着火するためのものであ
り、Ｚｒ／Ｋ₂ ＣｒＯ₄ 系の発熱剤等を用いることがで
きる。熱遮蔽体７は、耐熱性を有する素材を繊維状や網
状等にしたものであり、この繊維状や網状等によって燃
焼熱を部分的に遮蔽し、熱衝撃を適度に緩和することが
できるようになる。そして、本実施形態では、この熱遮
蔽体７として、ガラス繊維をシート状にしたものを用い
る。

【００１９】上記導火材６と熱遮蔽体７を固着したガラ
スクロステープ５は、図４に示すように、発電ユニット
１の底面から側面に沿って折り曲げると共に、両端部を
この発電ユニット１の上端面に沿って折り曲げて固定す
る。また、図５に示すように、このガラスクロステープ
５は、２本を十文字状に交差させて発電ユニット１に掛
け渡し固定する。従って、これらのガラスクロステープ
５に固着された導火材６と熱遮蔽体７は、発電ユニット
１の四方の側面に配置される。この場合、図１に示すよ
うに、各導火材６は、この発電ユニット１の側面におけ
る上下端のほぼ全体に沿って配置されるようにする。ま
た、各熱遮蔽体７は、この発電ユニット１の側面におけ
る素電池２と発熱体３の積層部分にのみ沿って配置され
るようにする。なお、導火材６は、図示しない点火装置
からの導火部分と各発熱体３の側面との間を繋ぐ部分に
のみ配置されれば足りる。また、熱遮蔽体７は、少なく
とも各素電池２の側面部分にのみ配置されれば足りる。

【００２０】上記構成の発電ユニット１は、図示しない
点火装置が発火することにより、この発火燃焼が側面に
配置された各導火材６に伝播する。そして、これらの導
火材６の燃焼熱が熱遮蔽体７のガラス繊維の隙間を介し
て各発熱体３の側面に達することにより、これらの発熱
体３が着火される。また、これらの導火材６の燃焼熱
は、熱遮蔽体７のガラス繊維の隙間を介して各素電池２
の側面にも達するが、このガラス繊維によって部分的に
遮蔽されるので、熱衝撃は適度に緩和される。従って、
これらの導火材６の燃焼時に、各素電池２の負極活物質
２ｃ等が溶融するのを防止できるので、この活性化時に
強い振動等を受けたとしても、短絡事故を起こすような
おそれがなくなる。

【００２１】上記構成の発電ユニット１を用いた熱電池
を特に高温（＋４５〜＋７４°Ｃ）の環境で貯蔵した後
に、振動や衝撃、加速度等を加えた状態で、点火装置に
発火して活性化させる実験を繰り返した結果、常に正常
な放電が行われ短絡事故は全く発生しなかった。また、
この活性化の際の放電電圧の立ち上がり時間も測定した
が、熱遮蔽体７を介在させない従来の熱電池の場合とほ
ぼ同様に高速に所定電圧に達し、熱遮蔽体７によって発
熱体３への着火が遅れるような心配も全く生じなかっ
た。

【００２２】上記発電ユニット１は、導火孔１ａ内に図
示しない導火材を挿入することもできる。この場合、点
火装置が発火すると、この導火孔１ａ内の導火材にも発
火燃焼が伝播し、各発熱体３が内側からも着火されるの
で、活性化時に素電池２を高速に加熱し短時間で電圧を
発生させることができるようになる。また、この場合に
は、導火材をガラス繊維のチューブで包んで導火孔１ａ
に挿入したり、この導火材にセラミックファイバー等に
よるハトメを嵌めることにより、各素電池２の内側の負
極活物質２ｃ等が溶融するのを防止できる。ただし、こ
のような導火材を挿入しない場合には、発電ユニット１
に図示のような導火孔１ａを形成する必要はない。

【００２３】なお、上記実施形態では、導火材６と熱遮
蔽体７をガラスクロステープ５によって発電ユニット１
の側面に配置固定したが、この発電ユニット１の側面に
熱遮蔽体７を介して導火材６を配置できるのであれば、
他のいずれの固定手段を用いてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の熱電池によれば、導火材が発火した場合の燃焼熱の熱
衝撃を熱遮蔽体が部分的に遮蔽して緩和するので、発熱
体は確実に着火するが、素電池の電極は溶融を回避さ
れ、短絡事故を防止することができる。

【００２５】また、素電池の負極活物質にリチウム・シ
リコン合金を用いて熱電池の高性能化を図った場合に
も、短絡事故の発生を確実に防止することができるよう
になる。

【００２６】さらに、熱遮蔽体としてガラス繊維のシー
トを用いることにより、導火材の発火時の熱衝撃を適度
に緩和することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、熱電
池の発電ユニットの構造を示す半断面斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、素電
池の構造を示す縦断面斜視図である。

【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、ガラ
スクロステープに導火材と熱遮蔽体を固着する様子を示
す斜視図である。

【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、導火
材と熱遮蔽体を固着したガラスクロステープの発電ユニ
ットへの固定状態を示す斜視図である。

【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、２本
のガラスクロステープを固定した発電ユニットの斜視図
である。

【図６】従来例を示すものであって、熱電池の発電ユニ
ットの構造を示す半断面斜視図である。

【符号の説明】

１ 発電ユニット ２ 素電池 ２ｃ 負極活物質 ３ 発熱体 ６ 導火材 ７ 熱遮蔽体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 素電池と発熱体とを積層した発電ユニッ
   トを備えた熱電池において、 発電ユニットの側面に、耐熱性を有し燃焼熱を部分的に
   遮蔽する熱遮蔽体を介在させて、導火材を配置したこと
   を特徴とする熱電池。
2. 【請求項２】 前記素電池の負極活物質が、リチウム・
   シリコン合金を主成分とするものであることを特徴とす
   る請求項１に記載の熱電池。
3. 【請求項３】 前記熱遮蔽体が、ガラス繊維のシートで
   あることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱
   電池。